Mikroprosesor

Pelopor ilmu komputer awal seperti Alan Turing dan John Von Neumann mendalilkan bahwa agar perangkat komputasi benar-benar berguna, ia tidak hanya harus mampu menghasilkan output tertentu seperti yang ditentukan oleh instruksi yang diprogram, tetapi juga harus mampu menulis data. ke memori, dan dapat bertindak berdasarkan data itu nanti.

Langkah-langkah program dan data yang diproses harus berada di "kumpulan" memori yang sama, sehingga memberi jalan ke label komputer program yang tersimpan . Mesin teoritis Turing menggunakan pita akses sekuensial, yang akan menyimpan data untuk dibaca oleh sirkuit kontrol, sirkuit kontrol menulis ulang data ke pita dan/atau memindahkan pita ke posisi baru untuk membaca lebih banyak data.

Komputer modern menggunakan perangkat memori akses acak alih-alih kaset akses sekuensial untuk menyelesaikan hal yang pada dasarnya sama, kecuali dengan kemampuan yang lebih besar.

Sebuah ilustrasi yang membantu adalah teknologi kontrol peralatan mesin otomatis awal. Disebut loop terbuka , atau terkadang hanya NC (kontrol numerik), sistem kontrol ini akan mengarahkan gerakan mesin perkakas seperti mesin bubut atau gilingan dengan mengikuti instruksi yang diprogram sebagai lubang pada pita kertas.

Pita akan dijalankan satu arah melalui mekanisme "baca", dan mesin akan mengikuti instruksi pada pita tanpa memperhatikan kondisi lain. Meskipun perangkat ini menghilangkan beban karena masinis manusia mengarahkan setiap gerakan peralatan mesin, namun kegunaannya terbatas.

Karena mesin itu buta terhadap dunia nyata, hanya mengikuti instruksi yang tertulis di kaset, itu tidak dapat mengimbangi perubahan kondisi seperti ekspansi logam atau keausan mekanisme.

Selain itu, pemrogram pita harus benar-benar menyadari urutan instruksi sebelumnya dalam program mesin untuk menghindari keadaan yang merepotkan (seperti memberi tahu perkakas mesin untuk memindahkan mata bor ke samping saat mata bor masih dimasukkan ke dalam lubang kerja), karena perangkat tidak memiliki memori selain kaset itu sendiri, yang hanya-baca.

Upgrade dari tape reader sederhana ke desain kontrol Finite State memberi perangkat semacam memori yang dapat digunakan untuk melacak apa yang telah dilakukan (melalui umpan balik dari beberapa bit data ke bit alamat), jadi setidaknya pemrogram dapat memutuskan untuk membuat sirkuit mengingat "kenyataan" bahwa perkakas mesin dapat berada di (seperti "pendingin menyala," atau posisi pahat). Namun, masih ada ruang untuk perbaikan.

Pendekatan terakhir adalah agar program memberikan instruksi yang mencakup penulisan data baru ke memori baca/tulis (RAM), yang dapat dengan mudah dipanggil dan diproses oleh program. Dengan cara ini, sistem kontrol dapat merekam apa yang telah dilakukannya, dan setiap perubahan proses yang dapat dideteksi oleh sensor, seperti halnya seorang masinis manusia dapat mencatat atau mengukur pada papan gores untuk referensi di masa mendatang dalam pekerjaannya. Inilah yang disebut sebagai CNC, atau Kontrol Numerik Loop Tertutup .

Insinyur dan ilmuwan komputer menantikan kemungkinan membangun perangkat digital yang dapat memodifikasi pemrograman mereka sendiri, sama seperti otak manusia menyesuaikan kekuatan koneksi antar-saraf tergantung pada pengalaman lingkungan (itulah sebabnya retensi memori meningkat dengan studi berulang, dan perilaku dimodifikasi melalui umpan balik konsekuensial).

Hanya jika program komputer disimpan dalam "kumpulan" memori yang dapat ditulisi yang sama dengan data, ini akan menjadi praktis. Sangat menarik untuk dicatat bahwa gagasan program modifikasi diri masih dianggap sebagai yang terdepan dalam ilmu komputer.

Sebagian besar pemrograman komputer bergantung pada urutan instruksi yang agak tetap, dengan bidang data terpisah menjadi satu-satunya informasi yang diubah.

Untuk memfasilitasi pendekatan program tersimpan, kami memerlukan perangkat yang jauh lebih kompleks daripada FSM sederhana, meskipun banyak dari prinsip yang sama berlaku. Pertama, kita membutuhkan memori baca/tulis yang dapat diakses dengan mudah:ini cukup mudah untuk dilakukan.

Chip RAM statis atau dinamis melakukan pekerjaan dengan baik, dan tidak mahal. Kedua, kita memerlukan beberapa bentuk logika untuk memproses data yang disimpan dalam memori. Karena fungsi aritmatika standar dan Boolean sangat berguna, kita dapat menggunakan Unit Logika Aritmatika (ALU) seperti contoh ROM tabel pencarian yang dijelaskan sebelumnya.

Akhirnya, kita membutuhkan perangkat yang mengontrol bagaimana dan di mana data mengalir antara memori, ALU, dan dunia luar. Ini disebut Unit Kontrol adalah bagian paling misterius dari teka-teki, yang terdiri dari buffer tri-state (untuk mengarahkan data ke dan dari bus) dan logika decoding yang menafsirkan kode biner tertentu sebagai instruksi untuk dijalankan.

Contoh instruksi mungkin seperti:"tambahkan nomor yang disimpan di alamat memori 0010 dengan nomor yang disimpan di alamat memori 1101," atau, "tentukan paritas data di alamat memori 0111." Pilihan kode biner mana yang mewakili instruksi mana yang akan didekode oleh Unit Kontrol sebagian besar bersifat arbitrer, seperti halnya pilihan kode biner mana yang akan digunakan dalam mewakili huruf alfabet dalam standar ASCII sebagian besar bersifat arbitrer.

ASCII, bagaimanapun, sekarang merupakan standar yang diakui secara internasional, sedangkan kode instruksi unit kontrol hampir selalu spesifik pabrik.

Menggabungkan komponen-komponen ini (memori baca/tulis, ALU, dan unit kontrol) menghasilkan perangkat digital yang biasanya disebut prosesor . Jika memori minimal digunakan, dan semua komponen yang diperlukan terdapat dalam satu sirkuit terpadu, ini disebut mikroprosesor . Ketika digabungkan dengan sirkuit pendukung kontrol bus yang diperlukan, ini dikenal sebagai Unit Pemrosesan Pusat , atau CPU.

Operasi CPU diringkas dalam apa yang disebut siklus pengambilan/eksekusi . Ambil berarti membaca instruksi dari memori untuk didekode oleh Unit Kontrol. Penghitung biner kecil di CPU (dikenal sebagai penghitung program atau petunjuk instruksi ) menyimpan nilai alamat tempat instruksi berikutnya disimpan di memori utama.

Unit Kontrol mengirimkan nilai alamat biner ini ke jalur alamat memori utama, dan keluaran data memori dibaca oleh Unit Kontrol untuk dikirim ke register penahan lainnya. Jika instruksi yang diambil memerlukan membaca lebih banyak data dari memori (misalnya, dalam menjumlahkan dua angka bersama-sama, kita harus membaca kedua angka yang akan ditambahkan dari memori utama atau dari sumber lain), Unit Kontrol dengan tepat menangani lokasi data yang diminta dan mengarahkan output data ke register ALU.

Selanjutnya, Unit Kontrol akan mengeksekusi instruksi dengan memberi isyarat kepada ALU untuk melakukan apa pun yang diminta dengan dua angka, dan mengarahkan hasilnya ke register lain yang disebut akumulator . Instruksi sekarang telah "diambil" dan "dieksekusi," sehingga Unit Kontrol sekarang menambah penghitung program untuk melangkah ke instruksi berikutnya, dan siklus berulang.